CN2414414Y - 表面形状测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于光学测量领域,特别涉及物体表面形状测量系统。本实用新型由投影云纹干涉仪、载物台及计算机图像处理系统三部分组成,全部安装在一个工作台面上。测量时,将被测物体安装在载物台,利用云纹干涉技术获取表面型面特征信息,由摄像机接收并由计算机将信息处理以形成物体表面各点X、Y、Z坐标,全部测量在1—5分钟完成。本实用新型测量系统具有非接触、快捷和全场测量的优点,特别适用于机器制造领域的叶片制造业及其他高科技制造领域的物体表面形状测量。

Description

表面形状测量系统

本实用新型属于光学测量技术领域，特别涉及利用光学原理对物体表面形状进行的表面形状测量系统。

机械制造过程中，传统的检测工作大都以事后抽样检验为主。首先，它无法像冶金、化工等行业的连续流程一样实现产品质量控制的全面自动化，从而提供质量、性能均一的优质产品。随着以ISO9000为代表的一系列质量管理标准在世界范围内不断推广，在某些机械加工行业如叶轮机械制造行业、光学加工行业等需要对关键零件(对产品质量、性能起决定作用的零部件)进行100％检测。随着市场竞争的加剧，这种需求会愈来愈强烈、愈来愈普遍。其次，事后抽样检测无法预防报废，无法挽回报废造成的废品损失。据国际劳工组织统计全球每年因产品质量所造成的报废损失相当于全球年国民总产值的5％。我国的情况更为严重，其损失量是我国年国民总产值的10％-15％。仅叶片机械制造行业中叶片加工一项每年损失就达10-15亿元人民币。

现有物体表面测量技术存在着无法实现实时在线测量的缺点，如三坐标测量机虽然测量精度可达微米级，但只能做离线测量，而且测量时仪器要接触被测体。移动式工业测量系统在测量方法上虽可做到非接触测量，而且可对软材料进行测量，但仍然无法实现实时在线测量。此外逐块式三维形状测量系统虽可做到准在线测量，但其精度较低，且系统价格昂贵，上述三坐标测量机价格也相当昂贵，而且这些仪器的维护费用也很高。

因此，目前很需要一种对产品质量进行100％跟踪检查的表面形状测量系统。

本实用新型的目的就是提供一种可实现实时在线测量的快速并可不接触被测物的表面测量系统，且系统性能价格比高。本实用新型通过以下技术方案完成：表面形状测量系统是利用投影云纹干涉技术获取条纹图像中的型面特征信息。经投影云纹干涉仪生成的含有被测物体表面高度分布信息的云纹条纹图像，由CCD摄像机将云纹条纹图像转换成视频信号，把这一信号送入图像处理板转换成计算机可以处理的数字图像信号。经过相移器处理后的多幅图像存入计算机，并根据相移算法、去包裹算法以及型面信息提取算法将数字图像逐点转换成物体各点的X、Y、Z坐标值，并能在1-5分钟内完成被测物体表面形状测量的全部过程。计算机既可以显示测量数据，也可以将测量数据绘制成各种模式的计算机图形。

以下结合附图说明实施例：参见图1

表面形状测量系统包含投影云纹干涉仪、载物台、计算机图像处理系统三大部分，它们全部安装在同一个工作台面上。

投影云纹干涉仪包括投影臂12、接收臂14和移动平台13等几部分。接收臂和投影臂通过定位销固定在移动平台上，接收臂的光学中心与投影臂的光学中心在一个工作面内，并且与移动平台平行。移动平台由台面、精密直线运动导轨1、导轨轴承2、丝杠螺母3、步进电机5、传动丝杠4组成，并通过定位销固定在工作台上。

参见图2，投影臂由校准光源12-1、分划板12-2，成像透镜12-3、分光镜12-4、相移器12-5、光栅12-6、投影光源12-7及冷却风扇12-8构成。参见图3接收臂由观测目镜14-1、分划板12-2、成像透镜14-3、分光镜14-4、光栅14-5、场镜14-6，物镜14-7及摄像机14-8构成。

载物台10通过定位销与工作台连接，其台面的原点与定位销的相对位置固定。在载物台的台面上，安装有夹具定位装置，以便于被测工件的定位，此外，图1中9为底平台，11为被测物。

计算机图像处理系统可选用市场上现有一般机型，具体包括显示器6、计算机7、控制箱8及图像处理板和图像处理软件包等。图像处理板将视频图像转换成数字图像存入计算机，并由图像处理软件包处理。图像处理软件包包含图像的采集、处理、运算、图像图形变换和显示等功能，还能够控制相移器和移动平台的运动。

计算机图像处理系统电路方框图如图4所示。

如图1所示，以发动机叶片叶身测量为例，整个台面尺寸可设计为1×2米。具体测量步骤如下：

将被测物叶片安装在叶片的定位夹具上，叶片的定位夹具置于该装置的载物工作台上。从投影臂发出的定位光线(十字线)投影到被测叶片的表面，在被测叶片的表面上可以观察到这个定位光线，通过接收臂上的观察目镜即可看到这个定位光线在观察目镜的分划板上的像。通过调整移动工作台，使定位光线的像与分划板上的十字线重合，这样即完成了被测叶片的几何调整工作。将投影臂上的定位光线关闭，打开其光栅光源，将光栅投影到被测叶片的表面上。由于被测叶片的表面的曲率变化，使得投影栅线被叶片表面所调制，投影栅栅距就会发生微小的变化，栅距的微小变化由接收臂上的成像光学透镜成像在标准光栅上，通过标准光栅即可观察到云纹条纹。这个云纹条纹载有被测叶片的形状信息。采用CCD摄像机接收这个云纹条纹图并将光学图像转换为模拟信号送给图像处理板进行图像的数字化变换，变换后的图像信号由计算机接收和处理。通过安装在投影臂上的光栅相移器实现相移处理，相移量为1／3光栅栅距，相移次数为2次，计算机采集原始的云纹图像和每次相移后的云纹图像。这些被记录的图像由型面处理软件进行相移运算、去包裹运算、型面处理变换及图形变换等处理，即可在计算机上得到被测叶片的型面信息。

本实用新型的有益效果；

本实用新型具有非接触、快速、全场测量的优点。它的全场测量的特性，特别适用于同步测量方面的要求。而它的非接触测量的特性，对于易于变形的软材料、不可触及或不允许触及的材料的形状测量有极大的优势。测量速度快的优势，使得在线测量成为可能。整个系统的控制、分析等工作全部由计算机自动进行，在测量和分析的速度上是其他测量手段所无法比拟的。本实用新型可达到如下指标：1．测量范围最大200×150mm2．测量速度1-5Min3．测量精度0．02mm

附图说明：图1为本实用新型系统简图图2为投影臂简图图3为接收臂简图图4为计算机图像处理系统电路方框图

Claims (2)

1．一种表面形状测量系统由投影云纹干涉仪、载物台及计算机图像处理系统组成，其特征在于：

(1)投影云纹干涉仪的投影臂和接收臂通过定位销固定在移动平台上

(2)接收臂的光学中心与投影臂的光学中心在一个工作平面内并与投影云纹干涉仪的移动平台平行

(3)移动平台通过定位销固定在工作台面上。

2．如权利要求1所述的表面形状测量系统，其特征在于所述载物台通过定位销与工作台连接，其台面原点与定位销的相对位置固定。

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